本發(fā)明屬于一種換熱裝置，具體地涉及一種熱管的自泄壓方法。

背景技術(shù)：

熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱組件，熱管技術(shù)首先于1944年由美國人高格勒(R·S·Gaugler)所發(fā)現(xiàn)，并以“熱傳遞裝置”(Heat Transter Device)為名取得專利。

熱管的導(dǎo)熱系數(shù)是一般金屬材料的數(shù)百倍乃至上千倍，它可以將大量熱量通過很小的截面積遠(yuǎn)距離傳輸而無數(shù)外加動力。

參照圖1傳統(tǒng)熱管結(jié)構(gòu)示意圖，圖2熱管工作原理示意圖，一般熱管由管體，吸液芯，工作液體組成，熱管內(nèi)部是一個封閉的空間區(qū)域，該空間區(qū)域被抽成負(fù)壓狀態(tài)，內(nèi)部有工作液體(工作介質(zhì))，其工作是利用工作液體在蒸發(fā)段吸熱蒸發(fā)后在冷凝段放熱冷凝的相變過程來使熱量快速傳導(dǎo)，冷凝后的工作液體通過管體內(nèi)部管壁上的吸液芯回到蒸發(fā)段。

傳統(tǒng)熱管雖然有著很高的導(dǎo)熱性，但是也有一些特性同樣限制了熱管技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，如圖8所示，傳統(tǒng)熱管在使用中隨著操作溫度的逐漸提升會出連續(xù)流動極限、冷凍啟動極限、粘性極限、聲速極限、攜帶極限、毛細(xì)極限、冷凝極限、沸騰極限等問題。

在熱管操作溫度持續(xù)升高時，熱管內(nèi)工作液體相變成的熱蒸汽也會逐步增加，如果得不到有效冷凝和有效泄壓，則熱管內(nèi)熱量和壓力會持續(xù)增大，壓力過大會出現(xiàn)熱管爆裂，工作液體泄露的安全隱患,溫度過高會出現(xiàn)冷凍啟動極限等惡劣工作環(huán)境，而現(xiàn)有技術(shù)熱管散熱器采用增加傳統(tǒng)熱管使用數(shù)量從而進(jìn)行熱管內(nèi)部熱蒸汽冷的冷凝，這樣的處理冷卻方式不僅造成整個熱管組成的散熱器體積變大，占用空間，而且造成使用成本的增加。

如中國專利申請公布號為CN 103775879 A,發(fā)明名稱為多冷端的玻璃熱管LED燈具中對應(yīng)用于LED燈具的玻璃熱管冷凝段冷凝效果不足問題提出了采用多冷端的外形結(jié)構(gòu)，而該外形結(jié)構(gòu)相對與傳統(tǒng)熱管結(jié)構(gòu)只是增加了冷卻端的數(shù)量，使熱蒸汽同 時進(jìn)入各多冷端，只能做到使各冷卻端同步冷卻來降低工作溫度而已，對熱管內(nèi)熱蒸汽壓力的過大，工作液體液面不能變化使壓力不能釋放而起不到自動泄壓的調(diào)節(jié)作用，而且該外形結(jié)構(gòu)熱管只用于如熱源熱量較低的LED燈具領(lǐng)域，當(dāng)用于工業(yè)循環(huán)水冷卻，空調(diào)循環(huán)水冷卻如冷卻塔等熱源熱量很高的領(lǐng)域中，會很快達(dá)到熱傳遞動態(tài)飽和狀態(tài)，壓力無處釋放導(dǎo)致工作操作溫度過高會出現(xiàn)如圖8所示的冷凍啟動極限等惡劣工況，使熱管熱傳遞效率嚴(yán)重降低，影響設(shè)備的安全平穩(wěn)使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供及一種熱管的自泄壓方法，它能提高制冷效率，大面積范圍提高降溫效率，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水冷卻，空調(diào)循環(huán)水冷卻如冷卻塔，空調(diào)制冷等熱源熱量很高的領(lǐng)域中，它節(jié)能無污染，安裝使用方便，生產(chǎn)使用成本低。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：提供一種熱管的自泄壓方法，它是在已知熱管的直管上設(shè)置有與管體連通的泄壓腔體，直管內(nèi)的工作液體在工作前液面高度高于泄壓腔體與直管連通口的頂端；當(dāng)蒸發(fā)段吸熱時，隨著熱量的增加，熱蒸汽上升進(jìn)入直管的冷凝段，隨著直管的熱蒸汽膨脹壓力增大，熱蒸汽會將工作液體擠入泄壓腔體，打破原有過熱飽合極限，使熱傳導(dǎo)效率恢復(fù)到工作狀態(tài)，完成泄壓冷凝，隨著熱管熱功率的要求不同，可以在直管上設(shè)置有與直管連通一個或多個泄壓腔體。

一種自泄壓熱管，它包括已知熱管的直管結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的已知熱管的直管上設(shè)置有與管體連通的泄壓腔體。

所述泄壓腔體是多個相互獨立的泄壓腔體，它們分別與直管連通，其連通口在直管軸向上有高度差。

所述泄壓腔體是多個相互獨立的泄壓腔體，它們分別與直管連通，其連通口在直管軸向上是等高度。

所述泄壓腔體是三個以上相互獨立的泄壓腔體時，它們分別與直管連通，其連通口在直管軸向上既有相互有高度差的泄壓腔體連通口又有相互等高的泄壓腔體連 通口。

所述泄壓腔體與直管的冷凝段管體結(jié)構(gòu)相同，即泄壓腔體與直管的冷凝段都可以是管體結(jié)構(gòu)，或管體內(nèi)部都可以分別附有吸液芯。

所述直管的蒸發(fā)段管體是U形結(jié)構(gòu)。

所述直管與絕熱段連通的蒸發(fā)段，它一端是直管結(jié)構(gòu),另一端是徑向分別連通有相互獨立的管體,它們連接組合成發(fā)射形狀。

所述直管絕熱段有管徑增大段。

所述的泄壓腔體的數(shù)量是1到8個。

本發(fā)明的特點是：這種熱管的自泄壓方法，它是在已知熱管的直管上設(shè)置有與管體連通的泄壓腔體，直管內(nèi)的工作液體在工作前液面高度高于泄壓腔體與直管連通口的頂端；當(dāng)蒸發(fā)段吸熱時，隨著熱量的增加，隨著熱蒸汽上升進(jìn)入直管的冷凝段，隨著直管的熱蒸汽膨脹壓力而增大，熱蒸汽會將工作液體擠入泄壓腔體，打破原有過熱飽合極限，使熱傳導(dǎo)效率恢復(fù)到工作狀態(tài)，完成泄壓冷凝，隨著熱管熱功率的要求不同，可以在直管上設(shè)置有與直管連通一個或多個泄壓腔體。所以它能提高制冷效率，大面積范圍提高降溫效率，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水冷卻，空調(diào)循環(huán)水冷卻如冷卻塔，空調(diào)制冷等熱源熱量很高的領(lǐng)域中，它節(jié)能無污染，安裝使用方便，生產(chǎn)使用成本低。

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。

附圖說明

圖1是已知熱管直管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是熱管工作原理示意圖。

圖3是實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是實施例蒸發(fā)段是U形結(jié)構(gòu)的管體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是實施例蒸發(fā)段有發(fā)射組合分支結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖6是圖5所述結(jié)構(gòu)局部剖視圖。

圖7是已知熱管冷凝段與泄壓腔體相同結(jié)構(gòu)的局部放大圖。

圖8是熱管工作狀態(tài)下操作溫度與最大傳熱量的關(guān)系圖。

圖9是已知熱管直管工作狀態(tài)下冷凝段管內(nèi)工作狀態(tài)示意圖。

圖10是實施例熱管工作狀態(tài)示意圖。

圖11是實施例熱管工作初始狀態(tài)示意圖。

圖12是實施例泄壓腔體與管體的連通口沿管體軸向方向具有高度差的示意圖。

圖13是實施例泄壓腔體與管體的連通口沿管體軸向方向位置等高的示意圖。

圖14是圖12泄壓時其中一個工作階段示意圖。

圖15是圖12泄壓另一個工作過程的初始工作狀態(tài)示意圖。

圖16是實施例三個泄壓腔體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖17是實施例三個泄壓腔體與圖16不同的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖說明：1、蒸發(fā)段；2、絕熱段；3、冷凝段；4、工作液體；5、直管；6、吸液芯；7、管徑增大段；8、泄壓腔體；9泄壓腔體；10、熱蒸汽；11、工作液面；12、連通口；13、連通口；14、真空區(qū)域；15、泄壓腔體；1a與1b是圖4熱管蒸發(fā)段U形結(jié)構(gòu)的管體的兩個分支；1c是圖5熱管蒸發(fā)段主管體；1d是圖5熱管蒸發(fā)段發(fā)散結(jié)構(gòu)的管體。

具體實施方式

實施例1

這種熱管的自泄壓方法是在已知熱管的直管5上設(shè)置有與管體連通的泄壓腔體，直管5內(nèi)的工作液體4在工作前液面高度高于泄壓腔體與直管5連通口的頂端；當(dāng)蒸發(fā)段1吸熱時，隨著熱量的增加，隨著熱蒸汽10上升進(jìn)入直管5的冷凝段3，隨著直管5的熱蒸汽10膨脹壓力而增大，熱蒸汽10會將工作液體4擠入泄壓腔體，打破原有過熱飽合極限，使熱傳導(dǎo)效率恢復(fù)到工作狀態(tài)，完成泄壓冷凝，隨著熱管 熱功率的要求不同，可以在直管5上設(shè)置有與直管5連通一個或多個泄壓腔體。

由于已知熱管如圖1、圖2所示，熱管是一個封閉的腔體，它由直管5，吸液芯6，工作液體4組成，但已知熱管內(nèi)及本發(fā)明的熱管內(nèi)也可以沒有吸液芯6，本實施例中有吸液芯6。其中工作液體4為液態(tài)，熱管直管5按工作過程的不同作用分為蒸發(fā)段1，絕熱段2，冷凝段3。如圖1，工作狀態(tài)前，蒸發(fā)段1有真空區(qū)域14，工作液體4靜止貯在蒸發(fā)段1或絕熱段2中，該液體具有沸點低，容易受熱相變成汽態(tài)的特性，例如工作液體是液態(tài)乙醚，如圖1、圖2、圖8、圖9，直管5的蒸發(fā)段1用于對熱源的吸熱使工作液體4相變?yōu)闊嵴羝?0，冷凝段3對熱蒸汽10進(jìn)行冷凝從而使熱蒸汽10放熱后相變會液態(tài)并通過如圖7所示的吸液芯6返回蒸發(fā)段1，如此循環(huán)以達(dá)到熱量從蒸發(fā)段1到冷凝段3的持續(xù)傳導(dǎo)。如圖9，當(dāng)冷凝段3涌入熱蒸汽10持續(xù)增多，且冷凝段3冷凝效率不足時，則冷凝段3內(nèi)熱蒸汽10壓力增大而膨脹，熱蒸汽10會擠壓管體四周與工作液面11將液體工作液體4向下擠壓，由于傳統(tǒng)熱管結(jié)構(gòu)的限制，工作液體4與熱蒸汽10壓力無處釋放，同時伴隨著熱蒸汽10不能有效冷凝，則傳統(tǒng)熱管結(jié)構(gòu)在操作溫度過高的工作環(huán)境很有可能爆裂或出現(xiàn)如圖8所示的例如冷凍啟動極限，甚至出現(xiàn)沸騰極限等各種極限的不利情況，甚至導(dǎo)致熱管停止工作。采用本發(fā)明熱管的自泄壓方法，工作前如圖3所示直管5內(nèi)的工作液體4高度高于泄壓腔體與直管5連通口的頂端，當(dāng)蒸發(fā)段1吸熱時，隨著熱量的增加，熱蒸汽10上升進(jìn)入直管5的冷凝段3，隨著直管5的熱蒸汽10膨脹壓力增大，熱蒸汽10會將工作液體4擠入泄壓腔體8，如圖10所示打破原有過熱飽合極限，使熱傳導(dǎo)效率恢復(fù)到工作狀態(tài)，如圖11所示它完成了一個工作過程，到了下一個工作過程的初始狀態(tài)，依次循環(huán)完成泄壓冷凝。隨著熱管熱功率的要求不同，可以在直管5上設(shè)置有與直管5連通的一個或多個泄壓腔體如圖10，圖12，圖13，圖16，圖17所示。本發(fā)明所述的泄壓腔體的數(shù)量一般選擇在是1到8個，便于設(shè)計加工。

以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明其泄壓原理與工作過程，如圖3，圖10，圖11所示，首先要明確管內(nèi)熱蒸汽10上升時遵循“熱管的軸向?qū)嵝浴钡囊?guī)律，如圖10，蒸發(fā)段相變產(chǎn)生的熱蒸汽10會首先進(jìn)入冷凝段3，而不會分叉進(jìn)入泄壓腔體8的真空區(qū)域14，這是本發(fā)明的技術(shù)依據(jù)。如圖10所示，當(dāng)熱蒸汽10在冷凝段3冷凝效果不足，且熱蒸汽10持續(xù)增加，則熱蒸汽10會擠壓管體四周與工作液面11將液體工作液體4向下擠壓，由于泄壓腔體8存在真空區(qū)域14，所有可以將工作液體4擠壓到泄壓腔體8中，此過程伴隨著工作液面11沿直管5軸向方向的不斷下降，當(dāng)工作液面11下降到臨近泄壓腔體8與冷凝段連通口12的上沿時且真空區(qū)域14沒有完全充滿液體工作液體4，同時冷凝段3內(nèi)熱蒸汽10持續(xù)增加，那么熱蒸汽10會通過泄壓腔體8與直管5連通口12進(jìn)入泄壓腔體8管內(nèi)部，由于熱蒸汽10密度小于液體工作液體4，導(dǎo)致熱蒸汽10會涌入占據(jù)泄壓腔體8管內(nèi)的真空區(qū)域14，通過這個過程從而將熱蒸汽10導(dǎo)入泄壓腔體8管內(nèi)，如圖11所示，從而完成泄壓，泄壓過程泄壓腔體8與冷凝段連通口12是一個由熱蒸汽10推開而啟動的一個“開關(guān)”，稱之為“汽壓開關(guān)”或“液面開關(guān)”，該“汽壓開關(guān)”或“液面開關(guān)”實現(xiàn)了該熱管泄壓過程的自動化，操作過程簡單可靠。

本發(fā)明與已知中國專利申請公布號為CN 103775879 A,發(fā)明名稱為多冷端的玻璃熱管LED燈具的設(shè)計理念不同，工作原理不同，由于工作前直管5與泄壓腔體8內(nèi)工作液體4液面等高，且工作液體4液面高度高于泄壓腔體4與直管5連通口12的頂端如圖3所示；所以才能形成自泄壓，而已知專利只是增加了多個冷凝段，沒有自泄壓功能，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為熱管技術(shù)只能用于實驗室或LED燈具等小發(fā)熱量的領(lǐng)域范圍,不能廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水冷卻，空調(diào)循環(huán)水冷卻,如冷卻塔等熱源熱量很高的大型設(shè)備領(lǐng)域中,本發(fā)明打破了行業(yè)偏見，能廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水冷卻，空調(diào)循環(huán)水冷卻,如冷卻塔等熱源熱量很高的大型設(shè)備領(lǐng)域中,擴(kuò)大了熱管的使用范圍，它節(jié)能無污染，安裝使用方便，生產(chǎn)使用成本低。

實施例2

這種自泄壓熱管如圖12、圖14、圖15所示，所述泄壓腔體是2個相互獨立的泄壓腔體8、泄壓腔體9，它們分別與直管5連通，其連通口12、連通口1在直管5軸向上有高度差。如圖12、圖14中的“上”，“下”位置，所述泄壓腔體8,泄壓腔體9與直管5的連通口12,連通口13具有高度差，泄壓腔體8與直管5的連通口12在“上”，泄壓腔體9與直管5的連通口13在“下”，泄壓過程中工作液體4與熱蒸汽10會先進(jìn)入連通口12位置靠“上”的泄壓腔體8，隨著壓力增大，其次才會進(jìn)入連通口13位置靠下泄壓腔體9中，換言之，不論沿直管5連通的泄壓腔體8，泄壓腔體9的個數(shù)是多少，工作液體4與熱蒸汽10總是沿連通口12,連通口13的位置從“上”向“下”依次進(jìn)入泄壓腔體8，泄壓腔體9中，如圖15所示，從而完成泄壓過程，此時所述泄壓腔體8，泄壓腔體9與直管5的連通口12,連通口13成為“汽壓開關(guān)”或“液面開關(guān)”。理論上可以沿直管5軸向方向設(shè)計排列無數(shù)個接口具有高度差的泄壓腔體8、泄壓腔體9，(意味著可以具有無數(shù)個“汽壓開關(guān)”或“液面開關(guān)”)，實際應(yīng)用中一般1到8個就可以滿足其工作要求。工作前直管與泄壓腔體內(nèi)工作液體液面等高如圖12所示，它的泄壓過程如圖14、圖15所示這種結(jié)構(gòu)它可擴(kuò)大使用范圍，提高熱管熱功率。

實施例3

如圖13所示它的泄壓腔體是2個相互獨立的泄壓腔體，它們分別與直管5連通，其連通口在直管5軸向上是等高度。如實施例2所述，“汽壓開關(guān)”或“液面開關(guān)”是同時打開，可以使熱蒸汽同時進(jìn)入泄壓腔體8,泄壓腔體9，本結(jié)構(gòu)的自泄壓方法與實施例1所述泄壓方法相同。該結(jié)構(gòu)提高泄壓的安全可靠性。

實施例4

所述管體連通有3個泄壓腔體時，這些泄壓腔體與管體的連通口是沿管體軸向 方向上既有高度差的泄壓腔體連通口又有等高的泄壓腔體連通口的結(jié)構(gòu)如圖16所示，直管5連通有3個泄壓腔體8、泄壓腔體9、泄壓腔體15，直管5與它們的連通口分別是連通口12、連通口13沿直管5軸向方向的位置具有高度差，連通口13同時連通泄壓腔體9與泄壓腔體15，泄壓腔體9與泄壓腔體15與直管5的連通口13沿直管5軸向方向的位置等高(即所謂的“汽壓開關(guān)”或“液面開關(guān)”的位置沿直管5軸向方向具有高度差和位置等高)。

實施例5如圖17，是實施例三個泄壓腔體與圖16不同的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。直管5連通有3個泄壓腔體8、泄壓腔體9、泄壓腔體15，直管5與它們的連通口分別是連通口12、連通口13沿直管5軸向方向的位置具有高度差，連通口12同時連通泄壓腔體9與泄壓腔體15，泄壓腔體9與泄壓腔體8與直管5的連通口12沿直管5軸向方向的位置等高。該結(jié)構(gòu)不僅使泄壓腔體工作利用率提高，而且提高泄壓的安全可靠性。

實施例6

如圖3，圖7，圖12，圖13，圖16，圖17，它在實施例2的基礎(chǔ)上采用泄壓腔體與直管5的冷凝段3管體結(jié)構(gòu)相同，即泄壓腔體與直管5的冷凝段3都可以是管體結(jié)構(gòu)，或管體內(nèi)部都可以分別附有吸液芯6?？山档图庸こ杀?，提高工作效率。

實施例7

如圖4所示，它在實施例2的基礎(chǔ)上所述直管5的蒸發(fā)段管體是U形結(jié)構(gòu)。其中1a與1b是圖4熱管蒸發(fā)段U形結(jié)構(gòu)的管體的兩個分支，該結(jié)構(gòu)可增大吸熱面積。

實施例8

如圖5所示,它在實施例2的基礎(chǔ)上所述直管5與絕熱段2連通的蒸發(fā)段1，它一端是直管結(jié)構(gòu)1c,另一端是徑向分別連通有相互獨立的管體1d，它們連接組合成發(fā)射形狀。如A-A剖視圖6所示。它可以適用于不同環(huán)境，提高效率。

實施例9

如圖3,圖4,圖5所示，它們在實施例2的基礎(chǔ)上所述直管5的絕熱段2上有管徑增大段7。這種絕熱段2的增大結(jié)構(gòu)利于貯存大量工作液體4，保證工作液體充足，避免蒸發(fā)段過熱干燒。

以上實施例中所述的熱管管體即包括直管3與泄壓腔體一般選用銅管或鋼管材料。它即增加散熱效果，又結(jié)實耐用，便于應(yīng)用于較惡劣環(huán)境使用。

由于本發(fā)明直管內(nèi)的工作液體在工作前液面高度高于泄壓腔體與直管連通口的頂端；所以才能形成自泄壓，而已知專利只是增加了多個冷凝段，沒有自泄壓功能，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為熱管技術(shù)只能用于實驗室或LED燈具等小發(fā)熱量的領(lǐng)域范圍,不能廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水冷卻，空調(diào)循環(huán)水冷卻,如冷卻塔等熱源熱量很高的大型設(shè)備領(lǐng)域中,本發(fā)明打破了行業(yè)偏見，能廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水冷卻，空調(diào)循環(huán)水冷卻,如冷卻塔等熱源熱量很高的大型設(shè)備領(lǐng)域中,擴(kuò)大了熱管的使用范圍，它節(jié)能無污染，安裝使用方便，生產(chǎn)使用成本低。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果：通過“汽壓開關(guān)”或“液面開關(guān)”實現(xiàn)了熱管的自動泄壓功能，不僅有效預(yù)防了管內(nèi)壓力過大會出現(xiàn)熱管爆裂，工作液體泄露的安全隱患問題，同時由于“汽壓開關(guān)”或“液面開關(guān)”是熱蒸汽壓力推開而啟動，實現(xiàn)了該熱管泄壓過程的自動化，操作過程簡單可靠，并通過對泄壓后冷凝段與泄壓腔體內(nèi)熱蒸汽的同步冷卻，提高了冷凝效率，使熱管的操作溫度處于較低狀態(tài)從而有效避免工作溫度過高時熱管冷凍啟動極限等惡劣工作環(huán)境的出現(xiàn)，提高了熱管的耐用度與熱傳導(dǎo)效率，同時使熱管散熱器的整體體積變小，占用空間變少，成本減少且效率提高。

以上是結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式做了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識分為內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化，例如本發(fā)明的熱管在直管5管壁沒有吸液芯6的情況下，仍然具有泄壓功能與高效的熱傳導(dǎo)效率。